Ressourcenrückgewinnung in der stoffstromgetrennten Abwasserentsorgung im Vergleich zu konventionellen Systemen für eine nachhaltige kommunale Abwasserentsorgung

Source separation sanitation offers an alternative for sustainable urban wastewater management by the possibility of energy and nutrient recovery, optimising the energy demand, saving and recycling water resources, and reducing the release of micropollutants to the environment. However, despite the well-developed infrastructure in urban areas, conventional sanitation has been questioned regarding sustainability due to upgrading systems for nutrient recovery efficiency, energy consumption, and environmental impacts. The main goal of this study is to develop a comparative assessment tool for analysing sustainability criteria for concepts of conventional and source separation sanitation systems in terms of resource recovery potential. The tool is developed through the SAmpSONS project. It is based on material flow analysis to individually track nutrient, energy, and wastewater flow. The output is evaluated based on Life Cycle Impact Assessment with indicators for energy demand, global warming, acidification, and eutrophication potential. The related database for different technologies is structured in the database/library of the tool according to fundamental technologies of the wastewater treatment process and new technologies with the aim of resource (energy and nutrient) recovery, which can improve sustainability. The basic equations are based on the developed equations for the SAmpSONS tool. These equations are modified according to the set goals of this study. The tool's outputs visualise the mass and nutrient flow as a diagram to present a holistic overview for each defined scenario. It provides a detailed calculation of each process unit's material flow, energy, cost, and related credit from recovery. The comparison of conventional and source separation is carried out by defining ten scenarios, including scenarios for optimisation of sludge liquor treatment (R1), optimisation of sludge treatment (R2-R3), disposal route (R4), and nutrient recovery (R5-R6) from conventional wastewater and scenarios for alternative sanitation systems (S1-S3). The results are compared with the Reference scenario (R0). Sustainability assessment is accomplished by developing a method for weighing and scoring ecological, economic, technical, and social criteria. The evaluation results show that none of the concepts is a premiere for all indicators; the results present a clear basis for decision making by pointing out which part can be optimised to reach the design goal. From the ecological aspect, there is an improvement by source separation sanitation concept (scenario S1-S3) compared to conventional scenarios (R0-R6). By contrast, the social part shows the decrease of score in source separation compared to conventional sanitation due to the unclear social impact of the source separation concept. Economic and technical aspects show the same flocculation in both concepts. In general, the study indicates that the applied method can provide an appropriate tool for assessing the resource recovery efficiency from different sanitation concepts. It gives the possibility to examine the contribution of various sanitation processes in various aspects of sustainability.Kreislauforientierte Stoffstromtrennungs- und -behandlungskonzepte bieten eine Alternative für ein nachhaltiges (urbanes) Abwassermanagement durch die Möglichkeit der Energie- und Nährstoffrückgewinnung, die Optimierung des Energiebedarfs, die Einsparung und Wiederverwendung von Wasserressourcen und die Emissionsminderung bei Mikroschadstoffen in der Umwelt. Diese Konzepte erheben den Anspruch besserer Nachhaltigkeit im Vergleich zum konventionellen Abwassersystem, jedoch sind diese Sanitärsysteme beim Umbau des nicht derzeitigen Systems im Hinblick auf die Steigerung der Nachhaltigkeitsindikatoren ohne große Veränderungen der gut ausgebauten Infrastruktur machbar. Das Hauptaugenmerk dieser Studie liegt auf der Entwicklung eines vergleichenden Bewertungstools zur Analyse von Nachhaltigkeitskriterien für Konzepte der Stoffstromtrennung und der konventionellen Sanitärsysteme. Das Tool wurde im Rahmen des SAmpSONS-Projekts entwickelt und basiert auf einer Stoffstromanalyse, um Nährstoff-, Energie- und Abwasserströme individuell zu erfassen. Der Output wird auf Basis einer Ökobilanz mit Indikatoren für Energiebedarf, globale Erwärmung, Versauerung und Eutrophierungspotenzial bewertet. Die zugehörige Datenbank für verschiedene Technologien ist in der Datenbank/Bibliothek des Tools nach grundlegenden Technologien des Abwasserbehandlungsprozesses und neuen Technologien mit dem Ziel der Ressourcen- (Energie- und Nährstoff-) Rückgewinnung strukturiert, die die Nachhaltigkeit verbessern können. Die grundlegenden Gleichungen basieren auf den entwickelten Gleichungen für das SAmpSONS-Tool, die entsprechend dem Ziel dieser Studie modifiziert wurden. Die Ergebnisdarstellungen des Tools visualisieren den Massen- und Nährstofffluss als Diagramm, um einen ganzheitlichen Überblick für jedes definierte Szenario aufzuzeigen. Die Nachhaltigkeitsbewertung basiert auf den definierten Kriterien. Der Vergleich von konventioneller und Quellenabscheidung erfolgt durch die Definition von 10 Szenarien, darunter Szenarien für die Optimierung der Schlammabwasserbehandlung (R1), die Optimierung der Schlammbehandlung (R2-R3), des Entsorgungsweges (R4) und der Nährstoffrückgewinnung (R5-R6) aus konventionellem Abwasser und Szenarien für alternative Sanitärsysteme (S1-S3). Die Ergebnisse werden mit dem Referenzszenario (R0) verglichen. Die Nachhaltigkeitsbewertung wurde mit der Abwägung und Bewertung von ökologischen, ökonomischen, technischen und sozialen Kriterien durchgeführt. Die Ergebnisse der Bewertung zeigen, dass nicht ein einzelnes Konzept in allen Indikatoren die besten Ergebnisse erzielt, jedoch ist durch die Auswertungen eine klare Entscheidungsgrundlage dafür verfügbar, welcher Teil optimiert werden kann, um das Planungsziel zu erreichen. Unter dem ökologischen Aspekt ergibt sich eine Verbesserung durch das Konzept der Stoffstromtrennung (Szenario S1-S3) im Vergleich zu den konventionellen Szenarien (R0-R6). Im Gegensatz dazu zeigt der soziale Aspekt eine Abnahme der Punktzahl bei der Stoffstromtrennung und -behandlung im Vergleich zur konventionellen Erfassung und Behandlung. Gründe hierfür sind Unsicherheiten und Skepsis gegenüber den sozialen Auswirkungen des Stoffstromtrennungskonzepts. Ökonomische und technische Aspekte zeigen bei beiden Konzepten ähnliche Ergebnisse. Im Allgemeinen zeigt die Studie, dass die verwendete Methode ein gut anwendbares Tool für die Bewertung der Effizienz der Ressourcenrückgewinnung verschiedener Sanitärkonzepte sein kann. Sie bietet die Möglichkeit, den Beitrag verschiedener Prozesse der Siedlungswasserwirtschaft hinsichtlich der dargestellten Nachhaltigkeitsaspekte zu untersuchen